La fusion à l'arc par électrode consommable, plus précisément appelée refonte à l'arc sous vide (VAR), est un processus qui implique l'utilisation d'une alimentation en courant continu (CC) pour générer un arc dans un environnement sous vide.
Cet arc est créé entre une électrode consommable et un creuset en cuivre refroidi à l'eau, qui sert d'anode.
La chaleur intense de l'arc fait fondre l'électrode et forme un bain de fusion dans le creuset.
Ce métal en fusion est ensuite rapidement solidifié et cristallisé pour former un lingot.
Les 5 étapes clés expliquées
1. Installation et préparation de l'électrode
Avant que le processus ne commence, l'électrode à fondre est chargée dans le four.
Le matériau de l'électrode varie en fonction du type de métal traité.
Pour les aciers spéciaux et les superalliages, l'électrode est généralement coulée dans l'air ou sous vide.
Pour les métaux réactifs comme le titane, l'électrode est fabriquée à partir d'éponge compactée et/ou de ferraille, ou par un procédé de fusion au foyer tel que le plasma ou le faisceau d'électrons.
2. Types d'électrodes
Les électrodes utilisées dans le four de fusion à arc sont principalement de trois types : les électrodes de carbone, les électrodes de graphite et les électrodes à cuisson automatique.
Le choix du matériau (carbone ou graphite) est basé sur la conductivité électrique, l'insolubilité, l'infusibilité, l'inertie chimique, la résistance mécanique et la résistance aux chocs thermiques.
Ces électrodes peuvent avoir un diamètre de 18 cm à 27 cm et la température de l'arc peut atteindre 3 000 °C à 3 500 °C.
3. Configuration du four
Le four se compose de deux grands ensembles mécaniques : la tête mobile du four et la station de fusion fixe.
La tête mobile du four soutient l'électrode par l'intermédiaire d'un vérin commandé par un servomoteur.
L'électrode, qui fait office de cathode, est fixée à l'extrémité inférieure du coulisseau refroidi à l'eau.
La station de fusion fixe comprend un creuset en cuivre amovible placé à l'intérieur d'une chemise d'eau fixe en acier inoxydable.
4. Processus de fusion
Une fois l'électrode fixée et la tête du four scellée, un vide est créé à l'intérieur de la cuve.
L'alimentation en courant continu est alors activée et le système de contrôle déclenche un arc électrique à haute intensité entre l'électrode consommable (cathode) et la base du creuset (anode).
Cet arc fait fondre rapidement l'électrode, formant un bain de fusion.
La fusion continue de l'électrode alimente le bassin, assurant un approvisionnement régulier en métal en fusion.
5. Solidification et cristallisation
Le métal en fusion dans le creuset est rapidement refroidi et solidifié grâce au creuset en cuivre refroidi à l'eau.
Cette solidification rapide permet d'obtenir une structure cristalline uniforme et de minimiser le risque d'impuretés ou de défauts dans le lingot final.
Ce processus est essentiel pour produire des métaux et des alliages purs et de haute qualité, en particulier pour les applications nécessitant une grande solidité et une résistance à la corrosion ou à des températures extrêmes.
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